TWI554748B

TWI554748B - 自動切換主從模式之可攜式數位溫濕度感測裝置

Info

Publication number: TWI554748B
Application number: TW103113317A
Authority: TW
Inventors: 吳毓恩; 黃國展
Original assignee: 台灣高速鐵路股份有限公司
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-10-21
Also published as: TW201546427A

Description

自動切換主從模式之可攜式數位溫濕度感測裝置

本發明是有關於一種溫濕度感測裝置，特別是指一種自動切換主從模式之可攜式數位溫濕度感測裝置。

傳統上，一般常見應用於戶外的溫濕度感測裝置都是採用類比式的方式進行感測，而類比式的感測方式往往容易因為長時間使用後，而產生感測誤差造成感測精準度下降的問題，同時，也容易發生因為電容老化而造成感測數值無法百分之百的被儲存，造成感測數據的缺漏，甚而嚴重時會導致系統誤判所感測的溫濕度的變化趨勢，這對於特別是需要長時間監控環境溫濕度變化的戶外環境或是應用而言，是相當棘手的問題，而一般對於管理者而言，除了定期且經常性的更換新的感測裝置，以保持感測裝置不因裝置老化而造成感測誤差或是數據資料的缺漏，但這無疑會增加整體的感測成本。

此外，當人員欲由這種溫濕度感測裝置讀取期儲存於內部的數據資料時，通常會外接一處理裝置(例如：電腦)，而當該處理裝置與該溫濕度感測裝置電連接之後，人員須經由軟體/硬體上的設定，以將該處理裝置及該溫濕度感測裝置分別切換為主要模式(master mode)與從屬模式(slave mode)，使得該處理裝置得以有效控制該溫濕度感測裝置，並從中取得儲存於其內部的數據資料，對於戶外環境的監控方式而言，這往往會造成人員取得感測數據資料的不便，同時，若是一戶外環境設有數十個、甚至數百個溫濕度感測裝置時，人員欲取得儲存於每一個溫濕度感測裝置中的感測數據資料時，需要逐一將每一個溫濕度感測裝置切換為該從屬模式後，才可由其中讀取出感測數據，這等繁瑣的設定程序無疑地會造成人員浪費大量的時間在反覆的設定程序上，當然也將大大降低人員的工作效率。

因此，如何改善現今一般應用於戶外的溫濕度感測裝置，使其可以提供更精準的感測數據，同時又可改善相關人員工作效率，是相當值得有關人仕深思並改善的議題之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種自動切換主從模式之可攜式數位溫濕度感測裝置，適用於與一外部電子裝置耦接，其包含：一感測元件，用以感測一組包含溫度值及濕度值之環境感測資料；一處理元件，與該感測元件電連接，以接收該組環境感測資料；一記憶元件，與該處理元件電連接，以儲存該組環境感測資料；一收發元件，分別與該處理元件及該外部電子裝置耦接；及一電源元件，分別與該感測元件、該處理元件、該記憶元件及該收發元件電連接，其包括：一電壓偵測器，分別與該處理元件及該收發元件電連接；一直流-直流轉換器，與該收發元件電連接；及一蓄電器，與該直流-直流轉換器電連接；其中，該收發元件輸出一電源訊號至該直流-直流轉換器並儲存電能於該蓄電器中，該電源訊號亦輸出至該電壓偵測器中，該電壓偵測器據此輸出一主從模式訊號並傳送至該處理元件，該處理元件根據該主從模式訊號於一主要模式及一從屬模式間切換之。

於是，本發明之功效在於採全數位式控制，因此可以避免傳統類比式控制的轉換誤差以及電子元件老化等等問題，而採用鐵電記憶體的技術更可以有效提升資料儲存的安全性，相較於先前技術而言，裝置可靠度及精確度較佳，資料儲存的安全性也較高；另外，本發明利用一電壓偵測器輸出之該主從模式訊號，可令處理元件自動地於該主要模式及該從屬模式間切換之，可以大幅降低使用者欲讀取所儲存之環境感測資料時的設定時間，進而提升使用者的工作效率。

〔本創作〕

51‧‧‧感測元件

52‧‧‧處理元件

521‧‧‧計數器

53‧‧‧記憶元件

54‧‧‧收發元件

55‧‧‧電源元件

551‧‧‧電壓偵測器

552‧‧‧直流-直流轉換器

553‧‧‧蓄電器

900‧‧‧外部電子裝置

圖1是本發明之一較佳實施例之示意圖；圖2是該較佳實施例之電源元件之示意圖；及圖3是該較佳實施例之電壓偵測器之電路圖。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明之一較佳實施例，適用於與一外部電子裝置900耦接，其包含：一感測元件51、一處理元件52、一記憶元件53、一收發元件54及一電源元件55。

該感測元件51用以感測一組包含溫度值及濕度值之環境感測資料；該處理元件52與該感測元件51電連接，用以接收所感測之該組環境感測資料；該記憶元件53與該處理元件52電連接，以儲存該組環境感測資料；該收發元件54分別與該處理元件52及該外部電子裝置900耦接，用以傳送一數據資料至該外部電子裝置900中或是接收該外部電子裝置900所輸出之一控制指令；該電源元件55分別與該感測元件51、該處理元件52、該記憶元件53、該收發元件54電連接，用以供應該感測元件51、處理元件52、記憶元件53及收發元件54所需要之電能。

其中，該處理元件52包括一計數器521。

參閱圖2，該電源元件55包括一電壓偵測器551、一直流-直流轉換器552及一蓄電器553，該收發元件54分別與該電壓偵測器551及該直流-直流轉換器(DC-DC converter)552電連接，該蓄電器553與該直流-直流轉換器552電連接，因此，該收發元件54之一電源訊號經由該直流-直流轉換器552轉換後，傳送至該蓄電器553中儲存之，此外，該電壓偵測器551接收該收發元件54之電源訊號以輸出一主從模式訊號，該處理元件52根據該主從模式訊號於一主要模式(master mode)與一從屬模式(slave mode)間切換之，當該主從模式訊號為低電壓準位(Low)時，該處理元件52切換為該主要模式，反之，當該主從模式訊號為高電壓準位(High)時，該處理元件52切換為該從屬模式。

參閱圖3，該電壓偵測器551具有一第一電阻R1及一第二電阻R2，且該第一電阻R1之一端與該收發元件54電連接，另一端分別與該處理元件52及該第二電阻R2之一端電連接，而該第二電阻R2之另一端電連接於一地電壓(Ground)；當該外部電子裝置900與該收發元件54電連接時，因為第一電阻R1及第二電阻R2分壓之故，該 V點電壓會拉至該高電壓準位，因此，該電壓偵測器551由V點輸出該主從模式訊號(此時為High)，相似地，當當該外部電子裝置900不與該收發元件54電連接時，因為第一電阻R1為斷路浮接(floating)，第二電阻R2將V點電壓拉至該低電壓準位，因此，該電壓偵測器551由V點輸出該主從模式訊號(此時為Low)，所以，該電壓偵測器551利用分壓之原理以輸出對應之主從模式訊號。

回復參閱圖1，較佳地，該感測元件51是一溫濕度感測器，用以感測周遭環境之溫度值及濕度值。

較佳地，該記憶元件53是一鐵電記憶體(Ferroelectric RAM,FeRAM)，其中，該鐵電記憶體是一種特殊製程的新式非閘性記憶體，是採用人工合成的鉛鋯鈦(PZT)材料形成記憶體結晶體，大量中心原子在晶體單元中耦合形成一鐵電疇域(Ferroelectric Domian)，並在電場作用下形成極化電荷。鐵電疇域在電場下反轉所形成的極化電荷較高，鐵電疇域在電場下無反轉所形成的極化電荷較低，這種二元穩定狀態使得鐵電疇域可以作為記憶體之用。此外，當移除電場之後，中心原子處於低能量狀態保持不動，記憶體的狀態也得以保存而不會消失，因此可利用鐵電疇域在電場下反轉形成一高極化電荷的狀態，或是無反轉形成一低極化電荷的狀態，用以判別對應之該記憶體的讀寫單位所儲存的值為1(即高電位)或是0(即低電位)。值得說明的是，要反轉該鐵電疇域並不需要外加一高電場，僅需使用一般的工作電壓即可改變記憶體的讀寫單元的狀態，也不需要電荷泵來產生高電壓數據擦除，因而不會產生擦寫延遲的現象。因此，鐵電記憶體在沒有電源供應的狀態下，仍能繼續保存資料，另外，與快閃記憶體(Flash memory)和EEPROM等非揮發性記憶體之先前技術相比，鐵電記憶體的讀寫速度較快且具有趨近於無限次讀寫次數的優點，所以可說是具有永久儲存之特色。

較佳地，在本較佳實施例中，該記憶元件53的儲存空間設計為可儲存4.32K筆資料，也就是說，本較佳實施例每一分鐘會儲存一組環境感測資料，以每天24小時連續30天的方式儲存之，而當儲存之環境感測資料筆數超過該記憶元件53之儲存空間時，將會由該記憶元件53之第一筆儲存空間覆寫原本儲存於該空間內的資料，依此類推。因此，最佳情況下，本較佳實施例應用於戶外感測溫濕度等環境感測資料時，可連續儲存大約一個月的資料量，這是目前其他傳統類比式的溫濕度感測裝置無法達成的效果。

較佳地，該收發元件54是一具有USB傳輸介面或是RS-485傳輸介面之收發模組。

聯合參閱圖1、2，較佳地，該電源元件55是一電池模組，且其可將一USB傳輸介面或是一RS-485傳輸介面中12伏特之電壓源，經由該直流-直流轉換器552轉換為5伏特之電壓源後，儲存電能於該蓄電器553中。因此，該電源元件55得以經由該收發元件54進行充電以儲存電能，並用以供應該感測元件51、處理元件52、記憶元件53及收發元件54所需之電能。

一使用者利用該收發元件54(如：USB傳輸介面)輸入一組監測參數並傳送至該處理元件52中，其中，該組監測參數包括一資料儲存週期參數及一系統時間參數，當然還可包括其他相關參數，並不以此為限。

該處理元件52接收該組監測參數後，啟動該計數器521逐次累計一計數值，當該計數器521之計數值與該資料儲存週期參數相等時，該處理元件52將該感測元件51所感測之該組環境感測資料儲存於該記憶元件53之中，並重置該計數器521之計數值，直到該計數值與該資料儲存週期參數相等時，該處理元件52將次一組環境感測資料儲存於該記憶元件53中，依此類推。

當該使用者將一外部電子裝置900與該收發元件54電連接時，該電壓偵測器551輸出該主從模式訊號至該處理元件52，且其值為一高電壓準位，因此，該處理元件52根據內容為該高電壓準位之主從模式訊號，切換為該從屬模式，所以該外部電子裝置900將對應切換為主要模式，而使用者利用該外部電子裝置900發出一控制指令，經由該收發元件54以輸出至該處理元件52中，該處理元件52根據該控制指令將儲存於該記憶元件53中的監測參數經由該收發元件54輸出至該外部電子裝置900中，使用者得以經由該外部電子裝置900取得監測參數。

當該使用者將該外部電子裝置900與該收發元件54斷離後，該電壓偵測器551所輸出至該處理元件52的主從模式訊號，其值會是一低電壓準位，因此，該處理元件52根據內容為該低電壓準位之主從模式訊號，切換為該主要模式，所以，當該外部電子裝置900不與該收發元件54電連接時，該處理元件52可根據該電壓偵測器551輸出之主從模式訊號(此時為Low)，自動地切換為該主要模式。

根據上述，當使用者利用一外部電子裝置900欲讀取儲存於該記憶元件53中的環境感測資料時，該處理元件52將自動地切換為該從屬模式，而當使用者將該外部電子裝置900斷離後，該處理元件52將自動地切換為該主要模式，所以，對於使用者而言，不需要花費大量額外的時間設定改變該處理元件52之模式，對於需要大量地讀取多數筆環境感測資料的從業人員而言，確實是可以有效地降低設定時間以增加工作效率。

此外，在本較佳實施例中，該處理元件52、該記憶元件53、該收發元件54皆為數位式電子元件，因此，對於監測參數儲存、傳送、控制命令傳送等皆是以全數位化的方式進行控制，相較於先前技術的類比式溫濕度感測裝置而言，本較佳實施例不會存在環境感測資料的類比轉換誤差，也不會因為使用一段時間之後，發生因電子元件老化而導致環境感測資料的精確度出現誤差等等情形，所以，相比於傳統的類比式溫濕度感測裝置而言，本較佳實施例之可靠度及精確度確實較為優異。

對於欲應用於戶外的溫濕度感測裝置而言，其電能的續航力是其是否可以有效完成監測所需資料的重要關鍵因素之一，換句話說，如果裝置本身耗電量過大，或是電源元件供應電能的續航力不足，都可能造成溫濕度感測裝置無法完整感測到所需要的資料量，另外，若是在溫濕度感測裝置中採用揮發性記憶體的技術儲存資料，則當電源供應不足時，即可能發生儲存資料消失不見的問題。而在本較佳實施例中，由於該記憶元件53是採用鐵電記憶體之技術據以實施之，因此，即使在斷電的情形下，仍可以有效的保留住原本已儲存於該記憶元件53中的資料，不致因為缺乏電能而流失所儲存的資料，所以，相較於先前技術而言，本較佳實施例可以更有效更安全的儲存所感測的資料。

綜合上述，本發明採全數位式控制，因此可以避免傳統類比式控制的轉換誤差以及電子元件老化等等問題，而採用鐵電記憶體的技術更可以有效提升資料儲存的安全性，相較於先前技術而言，裝置可靠度及精確度較佳，資料儲存的安全性也較高；另外，本發明利用一電壓偵測器輸出之該主從模式訊號，可令處理元件自動地於該主要模式及該從屬模式間切換之，可以大幅降低使用者欲讀取所儲存之環境感測資料時的設定時間，進而提升使用者的工作效率，所以確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。